mos场效应管的原理和应用优势
一、mos场效应管的定义
mos管是金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)、半导体。MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。
二、mos场效应管的工作原理(以N沟道增强型为例)
(1)VGS=0时,不管VDS极性如何,其中总有一个PN结反偏,所以不存在导电沟道。
VGS=0,ID=0
VGS必须大于0
管子才能工作。
(2)VGS》0时,在Sio2介质中产生一个垂直于半导体表面的电场,排斥P区多子空穴而吸引少子电子。当VGS达到一定值时P区表面将形成反型层把两侧的N区沟通,形成导电沟道。
VGS》0→g吸引电子→反型层→导电沟道
VGS↑→反型层变厚→VDS↑→ID↑
(3)VGS≥VT时而VDS较小时:
VDS↑→ID↑
VT:开启电压,在VDS作
用下开始导电时的VGS°
VT=VGS—VDS
(4)VGS》0且VDS增大到一定值后,靠近漏极的沟道被夹断,形成夹断区。
VDS↑→ID不变
三、mos场效应管的应用领域
1:工业领域、步进马达驱动、电钻工具、工业开关电源
2:新能源领域、光伏逆变、充电桩、无人机
3:交通运输领域、车载逆变器、汽车HID安定器、电动自行车
4:绿色照明领域、CCFL节能灯、LED照明电源、金卤灯镇流器
四、mos场效应管的优势
1、场效应晶体管是电压控制元件,而双极结型晶体管是电流控制元件。在只允许从取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用双极晶体管。
2、有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比双极晶体管好。
3、场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而双极结型晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电。因此被称之为双极型器件。
4、场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。
MOSFET在1960年由贝尔实验室(Bell Lab.)的D. Kahng和 Martin Atalla首次实作成功,这种元件的操作原理和1947年萧克莱(William Shockley)等人发明的双载流子结型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)截然不同,且因为制造成本低廉与使用面积较小、高整合度的优势,在大型集成电路(Large-Scale Integrated Circuits,LSI)或是超大型集成电路(Very Large-Scale Integrated Circuits,VLSI)的领域里,重要性远超过BJT。
由于MOSFET元件的性能逐渐提升,除了传统上应用于诸如微处理器、微控制器等数位信号处理的场合上,也有越来越多模拟信号处理的集成电路可以用MOSFET来实现,以下分别介绍这些应用。
五、mos场效应管操作原理
MOSFET的核心:金属—氧化层—半导体电容
金属—氧化层—半导体结构MOSFET在结构上以一个金属—氧化层—半导体的电容为核心(如前所述,今日的MOSFET多半以多晶硅取代金属作为其栅极材料),氧化层的材料多半是二氧化硅,其下是作为基极的硅,而其上则是作为栅极的多晶硅。这样子的结构正好等于一个电容器(capacitor),氧化层扮演电容器中介电质(dielectric material)的角色,而电容值由氧化层的厚度与二氧化硅的介电常数(dielectric constant)来决定。栅极多晶硅与基极的硅则成为MOS电容的两个端点。
当一个电压施加在MOS电容的两端时,半导体的电荷分布也会跟著改变。考虑一个P型的半导体(空穴浓度为NA)形成的MOS电容,当一个正的电压VGB施加在栅极与基极端(如图)时,空穴的浓度会减少,电子的浓度会增加。当VGB够强时,接近栅极端的电子浓度会超过空穴。这个在P型半导体中,电子浓度(带负电荷)超过空穴(带正电荷)浓度的区域,便是所谓的反转层(inversion layer)。
MOS电容的特性决定了MOSFET的操作特性,但是一个完整的MOSFET结构还需要一个提供多数载流子(majority carrier)的源极以及接受这些多数载流子的漏极。
声明:本网站原创内容,如需转载,请注明出处;本网站转载的内容(文章、图片、视频)等资料版权归原网站所有。如我们采用了您不宜公开的文章或图片,未能及时和您确认,避免给双方造成不必要的经济损失,请电邮联系我们,以便迅速采取适当处理措施;邮箱:limeijun@yushin88.com